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玉米是辽宁省第一大粮食作物,年种植面积超过200万hm2,平均单产达6 000~6 750kg/hm2,总产量超1 350万t,种植面积和总产量分别占全省粮食生产的50%和65%以上[1,2],2019年建平县黑水镇玉米单产达到20 209.50kg/hm2,创我国春玉米单产最高纪录。玉米收获后,秸秆就地焚烧,既浪费资源,又对生态环境造成严重污染。近年来,随着玉米产业的快速发展及机械化水平的提高,东北春玉米产区玉米机械化收获已成为非常普遍的方式,而收获后玉米秸秆还田成为解决玉米秸秆焚烧、提高土壤有机质的主要途径,也是改善农田生态环境,发展持续农业、旱作农业的重大措施[3,4,5]。与秸秆还田相伴随的农田生态环境变化、田间病虫害发生程度及规律成为当前需要持续关注的问题。由于秸秆中带有多种病原菌及害虫虫卵、幼虫,故秸秆还田量过大或操作不符合当地气候环境条件,会带来很多负面影响,尤其秸秆直接还田或连年秸秆还田,存在着病虫害加重和作物减产的风险[6,7,8,9]。为了探讨秸秆还田对玉米主要病害的影响,2017-2019年针对辽宁省当前玉米生产中应用的不同秸秆还田模式对玉米主要病害发生为害的影响开展了调查研究,以期为辽宁春玉米区选择适宜的秸秆还田模式和玉米秸秆还田条件下病害的综合防控提供理论指导。
1 材料与方法
1.1 试验设计
于2017-2019年在辽宁省农业科学院耕作栽培研究所桃李试验基地（阜蒙县阜新镇桃李村）和辽宁省农业科学院玉米研究所沈北试验基地（沈阳市沈北新区小洋河村）实施不同秸秆还田模式试验,以当地传统不还田栽培模式为对照。秸秆粉碎田外堆置腐解深翻还田对玉米茎腐病发生影响的试验处理区为10行区,面积≥50m2;其他试验处理区均为大区种植,面积≥300m2。田间管理同当地大田生产,前茬作物均为玉米,参试品种为双乐68和辽单575。
1.2 秸秆还田及耕作模式
采用的秸秆还田模式有粉碎覆盖还田（SCR）、粉碎深翻还田（SDPR）、粉碎松耙混拌还田（SHMR）、高留茬秸秆还田（HSR）和粉碎腐解深翻还田（SDDPR）（表1）,以秸秆不还田为对照（CK）;耕作栽培模式有免耕（NT）、深翻平作（DPFP）和旋耕平作（FP）,均为机械作业,播种时同步一次性施入底肥。
表1 不同秸秆还田方式的处理方法
Table 1
| 还田模式Returning mode | 秸秆处理方法Straw treatment methods |
|---|---|
| SCR | 秋季机械收获时秸秆全部粉碎覆盖地表,碎段长度≤10cm/半量秸秆粉碎覆盖还田（0.5SCR）是在此基础上用 秸秆打包机打包50%的秸秆,移出田外。 |
| SDPR | 秋季机械收获时秸秆粉碎至≤10cm的碎段,并于上冻前用五铧犁深翻至25~35cm土壤中。 |
| SHMR | 秋季机械收获时秸秆全部粉碎,碎段长度≤10cm并喷撒于地表,用联合整地机械将秸秆碎段混拌于0~40cm土层中。 |
| SDDPR | 秋季机械收获时秸秆粉碎至≤10cm的碎段,收拢并堆置于田外预备的规格为长20m×宽1m×深0.4m的坑内 覆膜压实腐解,覆膜前可喷施适宜的腐解菌[施用的腐解菌株有朝阳菌株（Cy）、辉山菌株（Hs）和农科菌株（Nk）]、尿素（N）和适量的水（W）,播种前以9 000kg/hm2秸秆量深翻还田。秋季堆置腐解于11月份 进行;春季堆置腐解于3月中下旬进行且腐解期应达35d以上。 |
| HSR | 秋季机械收获时高留茬35~45cm,上部秸秆全部粉碎至≤10cm的碎段并喷撒于地表。 |
1.3 调查方法
根据辽宁省玉米主产区病害发生为害程度及分布情况,选择玉米生长后期发生的大斑病、茎腐病和穗腐病为调查对象。调查时间均为9月中下旬玉米蜡熟期或蜡熟末期。
1.3.2 茎腐病调查 随机选取各处理区中间相邻4行×10m（延长）×3点,逐株剥开近地面玉米叶片,着重调查茎基部节位,茎节或节间变褐色或黑褐色,用手指捏近地表茎节感到变软,或剖开髓部可见髓部空松,颜色变深,即为发病株。记录总株数和发病株数,计算发病率[11]。
1.3.3 穗腐病调查 调查样本同茎腐病。逐株剥去果穗苞叶,调查果穗发病面积,记录总穗数、发病穗数及其发病级别,计算平均级别、病情指数和发病率[11]。
2 结果与分析
2.1 不同秸秆还田方式对大斑病的影响
由表2可知,2017-2018年阜蒙县试验点实施的3种秸秆还田模式中,SCR+NT和SDPR+FP处理的玉米大斑病病情指数分别为19.48和19.40,分别较CK+FP对照模式（13.96）增加了39.54%和38.97%。2018-2019年沈北试验点实施的3种秸秆还田模式的玉米大斑病病情指数均高于CK+FP模式的大斑病病情指数（46.43）,其中SCR+NT和SHMR+NT模式的大斑病病情指数偏高,分别为55.56和54.25,分别较CK+FP模式增加19.66%和16.84%,而SDPR+FP模式的大斑病病情指数为47.08,与对照模式的病情指数差异不大,仅增加了1.40%。
表2 不同秸秆还田模式对玉米叶部病害发生为害的影响
Table 2
| 年份 Year | 地点及品种 Location and variety | 秸秆还田 模式 Straw returning mode | 玉米大斑病 Leaf blight of maize | |
|---|---|---|---|---|
| 平均病级 Average disease grade | 病情指数 Disease index | |||
| 2017-2018 | 阜蒙桃李 | SCR+NT | 1.75 | 19.48 |
| （双乐68） | SDPR+FP | 1.75 | 19.40 | |
| CK+FP | 1.26 | 13.96 | ||
| 2018-2019 | 沈北新区 | SCR+NT | 5.00 | 55.56 |
| （辽单575） | SHMR+NT | 4.88 | 54.25 | |
| SDPR+FP | 4.24 | 47.08 | ||
| CK+FP | 4.18 | 46.43 | ||
另外从2018-2019年沈北试验点实施的不同秸秆还田免耕栽培模式试验中各处理对玉米大斑病发生为害的影响结果（表3）看出,免耕栽培模式下HSR、SCR、0.5SCR和SHMR模式的玉米大斑病病情指数分别为61.62、59.91、54.12和53.91,均高于对照不还田免耕模式的病情指数,分别增加了16.55%、13.32%、2.36%和1.97%;而SDPR模式的大斑病病情指数为52.93,与对照模式的病情指数相近。表明秸秆还田有加重玉米叶部病害发生为害的趋势,尤其是秸秆粉碎覆盖还田免耕模式。
表3 辽单575在不同秸秆处理还田模式下对玉米主要病害发生为害的影响
Table 3
| 秸秆还田模式 Straw returning mode | 茎腐病发病率 Incidence rate of stalk rot (%) | 大斑病Leaf blight of maize | |
|---|---|---|---|
| 平均病级 Average disease grade | 病情指数 Disease index | ||
| HSR+NT | 9.52 | 5.55 | 61.62 |
| SCR+NT | 13.13 | 5.39 | 59.91 |
| 0.5SCR+NT | 8.24 | 4.99 | 54.12 |
| SHMR+NT | 11.11 | 4.85 | 53.91 |
| SDPR+FP | 6.25 | 4.76 | 52.93 |
| CK+NT | 7.78 | 4.76 | 52.87 |
从表3结果可以看出,发病严重的是免耕栽培模式下的4个还田模式,茎腐病发病率由高至低依次为SCR+NT（13.13%）、SHMR（11.11%）、HSR+NT（9.52%）、0.5SCR+NT（8.24%）,比CK+NT对照模式的发病率7.78%分别增加了68.77%、48.20%、22.37%和5.91%;而SDPR+FP模式的茎腐病发病率仅为6.25%,比对照模式的发病率降低了19.67%。
2.2 不同秸秆还田模式对土传病害的影响
阜蒙试验点2017-2018年实施的5个秸秆还田模式中,SCR+NT、SDPR+FP和SDDPR（W）+FP模式的玉米茎腐病和穗腐病的发病率均高于对照不还田常规旋耕平作模式,其茎腐病发病率分别为51.67%、40.00%和41.00%,比对照模式CK+FP的发病率（32.00%）分别增加了61.67%、25.00%和28.13%;穗腐病发病率分别为40.00%、36.67%和43.33%,比对照模式CK+FP发病率（33.33%）分别增加了20.01%、10.02%和30.00%。而秸秆粉碎喷施不同腐解菌腐解后深翻还田平作2个模式及不还田旋耕平作模式的茎腐病和穗腐病发病率均小于或等于对照模式,其茎腐病发病率为29.00%、18.67%和25.67%,分别降低了9.38%、41.66%和19.78%;穗腐病发病率分别为33.33%、23.33%和20.00%,分别降低了0.00%、30.00%和39.99%（表4）。
表4 双乐68在不同秸秆还田模式下对玉米茎腐病、穗腐病发生为害的影响
Table 4
| 秸秆还田模式 Straw returning mode | 茎腐病发病率 Incidence rate of stalk rot (%) | 穗腐病Ear of maize | ||
|---|---|---|---|---|
| 平均病级Average disease grade | 病情指数Disease index | 发病率Incidence rate (%) | ||
| SCR+NT | 51.67 | 2.33 | 25.93 | 40.00 |
| SDPR+FP | 40.00 | 2.27 | 25.25 | 36.67 |
| SDDPR（W）+FP | 41.00 | 2.43 | 26.98 | 43.33 |
| SDDPR（Hs）+FP | 29.00 | 2.40 | 26.67 | 33.33 |
| SDDPR（Cy）+FP | 18.67 | 1.77 | 19.66 | 23.33 |
| CK+DPFP | 25.67 | 2.67 | 29.63 | 20.00 |
| CK+FP | 32.00 | 3.60 | 40.00 | 33.33 |
2018-2019年在阜蒙试验点重复开展了秸秆粉碎并喷施不同腐解菌腐解后深翻还田对土传病害发生影响的验证试验（2019年春季处理时因腐解菌株在发酵制备时朝阳菌株和农科菌株发生污染,故只利用了辉山菌1个菌株）。从表5结果看出,秸秆粉碎并喷施不同腐解菌株及尿素等腐解剂经田外堆置腐解后深翻还田各处理的玉米茎腐病发病率虽有差异,但其发病率均明显低于清水处理的发病率（12.37%和11.38%）和不还田常规旋耕对照处理的发病率（11.61%）,表明玉米秸秆粉碎并喷施适宜的腐解菌株/剂后经田外堆置腐解后深翻还田可有效减轻玉米茎腐病等土传病害的发生为害;且秸秆喷施腐解菌并配施适量的氮肥腐解后粉碎深翻还田可减轻茎腐病发生为害;秸秆秋季堆置腐解和春季堆置腐解对茎腐病的影响效果差异不明显。
表5 不同秸秆粉碎腐解处理深翻还田对玉米茎腐病的影响（双乐68）
Table 5
| 处理 Treatment | 秋Autumn | 春Spring | 常规旋耕Rotary tillage | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 朝阳菌株(Cy) Chaoyang strain(Cy) | 农科菌株(Nk) Nongke strain(Nk) | 辉山菌株(Hs) Huishan strain(Hs) | 清水Water | 辉山菌株(Hs) Huishan strain (Hs) | 清水 Water | |||||||||
| +N | -N | +N | -N | +N | -N | +N | -N | |||||||
| 发病率Incidence rate (%) | 3.96 | 5.05 | 5.93 | 8.82 | 6.12 | 5.66 | 12.37 | 3.16 | 6.86 | 11.38 | 11.61 | |||
注：“+N”表示喷施尿素（N肥）,“-N”表示未喷施尿素
Note: "+N" means spraying urea (N), "-N" means no spraying urea
综上,秸秆还田对玉米茎腐病和穗腐病等土传病害发生为害的影响较大,秸秆直接还田可加重玉米土传病害的发生为害程度,秸秆粉碎覆盖还田免耕比粉碎翻耕还田平作对玉米土传病害的影响可能更大;但秸秆充分腐解处理后再还田并配套适宜的耕作模式（如深翻）可有效降低土传病害的发生。
3 讨论
近年来,随着耕作栽培制度的变化、生态环境的保护需求及玉米全程机械化的普及,玉米秸秆还田已得到大力推广应用。许多研究均表明,玉米秸秆还田能够增加土壤有机质,培肥地力,增强土壤保水保肥性能,提高土壤微生物群落功能多样性和增加作物产量及稳产性等,是改善和保持耕地土壤健康的有效措施和实现化肥减施、绿色增效的重要途径。但大面积的秸秆还田增加了土壤中病原菌初侵染源的累积数量,加大了玉米病害流行灾变的潜在威胁,不仅会影响玉米种植效益,还会造成严重的经济损失。特别是近年东北春玉米产区为了防止黑土耕层的水土流失而大力推广的玉米全程机械化秸秆覆盖还田保护性免耕或少耕耕作技术,秸秆一般粉碎成10cm左右或更长,分散覆盖在田间土壤表面,其腐解过程缓慢,适宜玉米病害病原菌越冬、繁殖和初侵染菌源的积累,在很大程度上增加下茬玉米病虫害的发生,尤其对土传病害的影响更大。顾美英等[6]、石杰等[8]和王晓鸣等[12]的研究调查表明,不同秸秆还田方式虽然均能显著提高土壤微生物活性和功能多样性,但秸秆直接粉碎还田有增加土传病害的风险。对此应不断完善与秸秆覆盖免耕技术配套的抗性玉米品种筛选及病虫害防治技术,并通过选择合适机械和田间管理措施保证玉米的抗病虫害能力,促进玉米增产增收[13,14,15,16,17,18]。秸秆碎混、翻埋、覆盖免耕、集条覆盖、腐熟堆置还田等是秸秆还田的主要方式,各有其优缺点,不同玉米生产区域应因地制宜地选择适合当地生产力水平的秸秆还田方式推广应用,并积极借鉴、总结,创新秸秆综合利用模式,全面提升秸秆综合利用水平[19,20],实现玉米产业的绿色可持续发展。
4 结论
秸秆还田对玉米大斑病、茎腐病以及穗腐病等主要病害的发生为害影响较大,秸秆直接还田可加重玉米主要病害的发生为害程度,覆盖还田比翻耕还田对玉米主要病害的影响可能更大,具有潜在的加重病害发生为害的趋势,而秸秆经过腐熟处理后再还田可明显减轻玉米主要病害的发生为害,同时秸秆还田配套的不同栽培耕作模式对玉米主要病害的发生为害可产生一定的叠加影响。免耕栽培模式会促使病害发生,而深翻栽培模式可能降低病害的发生,尤其对叶部病害的影响效果更明显。建议各玉米产区在推广应用秸秆还田过程中应选择适宜当地的还田方式,最好对秸秆做好腐解处理后再还田,并配套适宜的耕作栽培模式,可有效减轻玉米主要病害的发生为害程度,降低秸秆直接还田对玉米病害发生的影响。
参考文献
不同秸秆还田模式对和田风沙土土壤微生物多样性的影响
秸秆还田是有效利用秸秆资源的重要途径, 能够提高土壤养分含量、调节土壤微生物的群落结构和多样性, 但目前还缺乏不同秸秆还田方式对新疆沙化土壤肥力和微生物多样性影响的系统报道。为探索新疆沙化土壤肥力可持续提升模式, 于2010—2012年在和田风沙土土壤上设置秸秆直接还田(NPKS)、过腹还田(NPKM, 15.0 thm2)和炭化还田(NPKB1, 2.5 thm2; NPKB2, 15.0 thm2)定位试验, 研究不同秸秆还田处理对和田风沙土土壤养分、微生物数量、土壤酶活性和Biolog碳源利用的影响。结果表明: 1)与单施化肥(NPK)相比, 不同秸秆还田方式均能显著提高风沙土土壤养分含量, 其中NPKM处理效果最好, 其次是NPKB2处理, NPKS和NPKB1处理分别为第3和第4。2)不同秸秆还田方式对土壤微生物数量影响差异显著, 均增加了土壤中细菌、放线菌和生理菌群的数量, 与NPK处理相比, 细菌数量NPKB2处理最高, 放线菌数量NPKM处理最高, 分别显著提高了413.16%和574.19%。但NPKB1和NPKB2处理对生理菌群数量的提升效果好于NPKS处理和NPKM处理。土壤酶活性, 不同秸秆还田方式总体好于NPK处理, NPKM处理的提升效果最好。3)Biolog碳源利用分析表明不同秸秆还田方式均能提高风沙土土壤微生物活性和丰富度指数。主成分分析表明, 不同秸秆还田方式土壤微生物群落明显不同, 起分异作用的碳源主要为羧酸类和糖类。聚类分析显示NPKB2和NPKM处理之间、NPKB1和NPKS处理之间土壤微生物功能相似。由此可以看出, 不同秸秆还田方式均能显著提高和田沙化土壤微生物活性和功能多样性, 但不同方式的增效不同。从3年定位试验结果看, 秸秆过腹还田和炭化还田的效果较好, 秸秆直接粉碎还田有增加土传病害的风险。该结果将为南疆沙化土壤肥力可持续提升提供一定的理论指导。
玉米灰斑病抗性鉴定技术
对玉米灰斑病菌孢子产生、病菌接种和寄主抗病性测定技术的研究结果表明，应用玉米叶粉碳酸钙琼脂和玉米叶粉琼脂两种培养基，温度24～25℃，培养5天，病菌可大量产生分生孢子；于植株喇叭口期，用注射器将病菌孢子悬浮液注射于植株喇叭口中，获得了理想的发病效果；对20个玉米自交系注射接种鉴定结果表明，玉米自交系间抗病性差异明显，但未发现免疫自交系。
